調頻接收機課程設計(改)

1、 高頻電子線路課程設計說明書 調頻接收機設計院 部： 電氣與信息工程學院 學生姓名：謝曾聞達、劉澤仁、姚一鳴指導教師： 劉海波 專 業(yè)： 通信工程 班 級： 通信1102班 學 號： 11401340214 11401340231 11401340238 完成時間： 2013年12月 摘要信息傳遞是人類社會生活的重要內容，沒有通信，人類社會是不可想象的，從古到今的烽火到近代的旗語，都是人們尋找快速遠距離的通信手段。今年來，電子工業(yè)發(fā)展非常驚人，當然這些進步都成了人類生活不可缺少的東西，1937年莫爾斯發(fā)明的有線電報開創(chuàng)了利用電傳遞信息的新時代，1876年貝爾發(fā)明的電話已經成為我們日常生活中通信

2、的重要工具，1918年，調幅無線廣播、超外差接收機問世，1936年，商業(yè)電視廣播開播伴隨著人類的文明、社會的進步和科學技術的發(fā)展，電信技術也是一日千里的速度飛速發(fā)展。然而無線通信在現(xiàn)在的生活中更是重要，小到我們常用的手機和各種電器的遙控器等，大到航天科技都離不開發(fā)射和接收設備。本次設計中，其目的是得到一個調頻接收機。在接收機的設計過程中，應將其分為選頻網絡、高頻放大、變頻、解調、低放和低頻功放六個部分。整個電路的設計必須注意幾個方面，選擇性好的級，應盡可能靠近前面，因為在干擾都不大的地方把干擾抑制下去，效果最好。如干擾信號很大，則由于三極管的非線性，將產生嚴重的組合頻率及其他非線性失真，這時濾

3、除雜波比較困難。因此，在高級接收機中，輸入電路常采用復雜的高級選擇電路。為了使混頻和本振分別調在最佳狀態(tài)，采用單獨的本振。總得來說，設計一部接收機時必須全面考慮，妥善處理一些相互牽制的矛盾，特別要抓住主要矛盾（穩(wěn)定性、選擇性、失真等），才能使得接收機有較好的指標。關鍵詞：調頻、本振、混頻、鑒頻目錄第1章調頻接收機簡介11.1調頻接收的特點11.2調頻接收機的工作過程11.3調頻原理1 1.4調頻接收機的主要技術指標21.4.1工作頻域范圍21.4.2靈敏度21.4.3中頻選擇性31.4.4中頻抑制比31.4.5音頻響應31.4.6額定輸出功率3第2章 設計方案4第3章 各級電路設計53.1輸入

4、調頻電路53.2高頻放大電路53.3本地振蕩電路63.4混頻電路83.5二次混頻電路103.6鑒頻電路113.7低頻放大電路13第4章 性能特點15結束語16致謝17參考文獻18附錄19第1章 調頻接收機簡介1.1調頻接收的特點調頻廣播通常采用頻率為88108MHZ的超短波，其信號的振幅保持不變而載波頻率隨調制信號而變化。調頻接收具有以下特點:調頻接收工作在超短波段，該波段原有的干擾本來就小，加上電路中帶有限幅，消除了信號幅度干擾的影響。同時，由于調頻接收具有抗同頻干擾的特性，即使干擾頻率與接收的信號頻率相同，只要信號電平稍強于干擾，就會使干擾受到很大的抑制，所以高頻接收具有抗干擾性能好，收到

5、電臺后背景噪聲小的特點。因調頻接收信噪比高，動態(tài)范圍也就相應增大，故調頻接收機能獲得調幅機難以達到的音質。視距傳播，易受高大建筑物影響，產生遮蔽及多徑傳輸現(xiàn)象。1.2調頻接收機的工作過程從天線進入的高頻信號，經過輸入電路和高放電路，通過變頻器將高頻信號變?yōu)橹蓄l信號，進行多級的中頻放大，然后通過鑒頻，還原出音頻信號，最后送到低放電路。輸入回路、高放和變頻三個部分合在一起，稱為高頻電路，也稱為調頻頭。調頻接收機和調幅接收機相比較有兩處不同，其一是調頻機不論普及機型或高級機型，大都帶有高放。這是因為調頻信號一般比較弱，加一級高放，能夠降低噪聲系數，提高其信噪比，另外，由于調頻機的工作頻率高，天線阻抗

6、低，輸入回路對各種信號干擾的選擇性不易做好，需要加一級調諧高放來提高抗干擾性能，同時還可以減少本機振蕩向天線端的輻射，因為調頻機的頻率高，和電視頻道相近，本振的輻射容易干擾電視機。另一個不同之處是解調部分，由于調頻波的振幅是不變的，只有載波的頻率發(fā)生變化，若像調幅機那樣用一只二極管作幅度檢波器，即使切去載波的半邊波形，仍然是個等幅波，檢不出音頻信號。因而必須采用另一個辦法，使其能對載波的頻偏起反應而檢出音頻信號來。這種調頻波的解調器叫做鑒頻器。中放在高頻頭的后面，它是將從混頻出來的信號加以放大，再進入鑒頻器。在鑒頻器的后面是低放、功放。1.3調頻原理調頻（FM）就是用高頻載波信號的頻率來裝載音

7、頻信號，即用音頻信號（調制信號）來調制高頻載波信號的頻率，從而使原為等幅恒頻的高頻載波信號的頻率隨著調制信號的幅度而變化，但其幅值不變（如圖1.1所示）。頻率被音頻信號調制過的高頻信號叫已調頻信號，簡稱調頻信號。調幅信號和調頻信號統(tǒng)稱為已調制信號，或簡稱為已調信號。圖1 調頻波調頻廣播所能傳輸的音頻頻帶較寬，宜于傳送高保真音樂節(jié)目，并且它的抗干擾能力較強。這是因為調頻信號的幅值是固定不變的，可以用限幅的方法，將由干擾而產生的調頻信號的幅值的變化有效地消除掉。同時，它比AM的發(fā)射功率也可減小，這是因為調幅信號的幅值一般都比載波的幅值大，有效發(fā)射功率比發(fā)射機發(fā)射的功率小得多。而調頻信號的幅值和載波

8、的幅值一樣大，在發(fā)射機功率和有效發(fā)射功率一樣時，調頻信號的有效發(fā)射功率要比調幅信號的有效發(fā)射功率大。但由于調頻廣播工作于超短波波段，其缺點是傳播距離短，覆蓋范圍小，且易于被高大建筑物等物體所阻擋。然而人們恰恰利用了這一點，不同地區(qū)或城市可使用同一或相近的頻率，而不致引起相互干擾，提高了頻率利用率。1.4調頻接收機的主要技術指標1.4.1工作頻率范圍接收機可以接受到的無線電波的頻率范圍稱為接收機的工作頻率范圍或波段覆蓋。接收機的工作頻率必須與發(fā)射機的工作頻率相對應。如調頻廣播收音機的頻率范圍為88108MH，是因為調頻廣播收音機的工作范圍也為88108MHz。1.4.2靈敏度在標準調制（如調制頻

9、率f= kHz 、頻偏fm =kHz或25kHz、50 kHz、75 kHz ）條件下，使接收機輸出端為額定音頻功率和規(guī)定信噪比的輸入信號電平，稱為靈敏度。接受的輸入信號電平越小，靈敏度越高。調頻廣播收音機的靈敏度為50V。1.4.3中頻選擇性接收機6dB帶寬和帶外的抑制能力稱為中額選擇性，一般調頻收音機的中頻6dB帶寬為100kHz,200kHz處的帶寬抑制能應大于40dB手機中頻6dB帶寬為 5kHz，10kHz處帶外抑制能力應大于40dB。1.4.4中頻抑制比接收機對輸入信號為本機中頻信號fI的抑制能力稱為中頻抑（ IFR ）IFR=20(VIF/VS) ，式中，VS是輸入靈敏度電平，V

10、IF是使輸出功率為額定值的輸入中頻信號電平，單位用dB（分貝）表示dB數越高，中頻抑制能力越強。頻率fj比本振頻頻率高一個中頻 fI ，它與本振頻率fo之差仍等于中頻fI ，fj =fo+fI=fS+2fI ,fS是接收機工作頻率。1.4.5音頻響應接收機在標準調制（如調制頻率f=1kHz 、頻偏fm=5kHz或25kHz、50 kHz、75 kHz）和標準輸入信號電平（如靈敏度或兩倍靈敏度）下音頻輸出電平和調制頻率的輸出關系，稱音頻響應。1.4.6額定輸出功率接收機的負載上獲得的規(guī)定的（由接收機指標規(guī)定）不失真（或非線性系統(tǒng)為給定值時）功率，稱額定輸出功率。第2章 設計方案電路的開始部分是由

11、高頻放大電路和本振信號混頻，輸出一個中頻信號。因為這是超外差調頻接收機，所以混頻電路和調幅接收機有著明顯的不同，在調頻電路中，本振電路是獨立的。在放大電路部分，采用場效應管共源極放大電路。本振電路才用LC振蕩電路，兩個信號分別輸入混頻器，得到一個中頻信號。為了得到高的增益，而整個電路的增益取決于中放，同時也抑制了鄰近干擾。在中頻放大電路的輸出端，接一個限幅器，其目的是如果直接接鑒頻器，很可能得到很多不需要的波形，用濾波器很難濾除，所以在鑒頻器的輸入端加一級限幅器，去除不需要的波，使輸出更為純凈。鑒頻器是將原調制信號解調出來，在本次設計中采用比例鑒頻器。為了能夠得到我們所需要的效果，在電路的最后

12、采用低頻放大電路。圖2.1為超外差式調頻接收機組成方框圖。 超外差式收音機的中頻放大電路采用了固定調諧的電路，這些特點使它比其他接收機優(yōu)越得多，綜合起來有如下優(yōu)點： (1) 用作放大的中頻，可以選擇那些易于控制的、有利于工作的領率 ( 我國采用的中頻頻率為 465 千赫 ) ，以便適合于管子和電路的性質，能夠得到較為穩(wěn)定和最大限度的放大量。 (2) 各個波段的輸入信號都變成了固定的中頻，電路將不因外來頻率的差異而影響工作，這樣各個頻帶就能夠得到均勻的放大，這對于頻率相差很大的高頻信號 ( 短波 ) 來說，是特別有利的。 (3) 如果外來信號和本機振蕩相差不是預定的中頻，就不可能進入放大電路。因

13、此在接收一個需要的信號時，混進來的干擾電波首先就在變頻電路被剔除掉，加之中頻放大電路是一個調諧好了的帶有濾波性質的電路，所以接收機的選擇性指標很高。圖2 超外差式調頻接收機組成方框圖第3章 各級電路設計3.1輸入調頻電路輸入電路又稱天線回路。它的主要功能是選擇所需電臺的信號，抑制不需要的信號與干擾，特別是要濾除中頻干擾，同時也要求輸入回路的插入損耗小，并使天線阻抗和高放管的輸入阻抗相匹配，并傳輸最大的功率，避免信號來回反射。輸入回路常常是一帶通濾波器。3.2高頻放大電路高頻放大器是用來放大高頻信號的器件，在接收機中，高頻放大器放所放大的對象是已調信號，它除載頻信號外還有邊頻分量。根據高放的對象

14、是載頻信號這一情況，一般采用高頻功率管做放大器件，而且并聯(lián)諧振回路作為負載。這樣做的好處是：（1）回路諧振能抑制干擾；（2）并聯(lián)回路諧振時，其阻抗很大，從而可輸出很大的信號。如圖1所示。圖1 高頻放大電路R6、R7為三極管Q2的偏置電阻，以使其工作在放大區(qū)。VCC=20V，V(BR)=VCC,輸出電壓：V0=I0R5(1)輸出功率：P0=V02/2R5(2)電容C2起隔直耦合作用，C1起隔直作用，Q1、Q3兩三極管構成乙類功率放大器，R2、R4的值都取1.0歐，負載R5為8.2歐，最終由R5輸出功率。由仿真結果得，放大器將電壓幅值放大20倍。圖2 高頻放大波形3.3本地振蕩電路對于本地振蕩器的

15、要求是：頻率可調，并和輸入回路及高放負載回路同步調整（統(tǒng)調），以滿足選擇電臺信號及混頻器差拍的需要；本振的頻率穩(wěn)定度要高，有時要采用自動頻率調整電路（AFC），如彩色電視接收機；本振輸出的波形要好，諧波成分要少，避免在混頻器中產生較多的組合頻率干擾；本振的工作要穩(wěn)定，電壓和溫度漂移都要求小；另外，還要求本振的輻射小，幅度穩(wěn)定，大小合適。本振與混頻間，一般采用弱耦合方式。在我們本次的設計中，本振電路采用改進型電容三點式振蕩電路。因為本振電路的輸出頻率要與高頻放大電路的輸出信號進行混頻，得到一個中頻信號。所以要求本振電路的輸出頻率必須很穩(wěn)定，所以采用改進型電容三點式。如果本振電路的輸出不穩(wěn)定，將引

16、起變頻器輸出信號的大小改變，振蕩頻率的漂移將使中頻改變。振蕩器的振幅與振蕩管的特性以及反饋電路的特性有關，當溫度及其它管子與反饋電路的特性改變時，振幅也就會改變。為了穩(wěn)定振幅，可在各波段振蕩器的反饋線圈上并聯(lián)不同的電阻以平滑電抗元件的頻率特性，還可用自動增益控制穩(wěn)定振幅。本次設計的電容改進型電路圖3如下所示：圖3 本地振蕩電路起振條件：A0F1（3）平衡條件：A0F=1，A+F =2n（n=0,1,2,3，）（4）R1、R3為三極管偏置電阻，C1起隔直作用，R3為負載，其上輸出電路產生的振蕩波。C3=100pF,C4=200pF，輸出振蕩波的頻率為11MHz。仿真圖形如圖4所示：圖4本地振蕩仿

17、真圖3.4、混頻器采用二極管環(huán)形混頻器，R1、R2的值都為1000歐，V1端輸入高頻已調信號，V2端輸入本振信號，VO輸出中頻信號。由圖可見，當V2在正半周時，加在D1、D4管上電壓為正值，D1、D4管導通，而加在D2、D3管上電壓為負值，D2、D3管截止。同理，當V2在負半周時，D2、D3管導通，D1、D4管截止。如圖5所示：圖5 晶體管混頻電路由圖可知示波器1中A、B通道分別顯示的高頻放大信號和本振信號，示波器2顯示的是混頻之后的波形。圖6 混頻之前高頻放大以及本地振蕩波形經過變頻器混頻之后輸出的波形，如圖7所示：圖7 混頻后波形3.5、中頻放大及鑒頻電路中放的作用有兩個主要作用：（1）提

18、高增益，因中頻低于信號頻率，晶體管的y參數及回路諧振電阻等較大，因此易于獲得較高的增益。差外差接收機檢波前的總增益主要取決于中放。（2）抑制鄰近干擾。對中放的主要要求是工作穩(wěn)定，失真小，增益高，選擇性好，有足夠寬的通頻帶。對于高放，因工作頻率f0高，通頻帶BW=f0/QL寬，故高放回路的Q值越高越好，這時不必顧慮BW太窄的問題；但對于中放，由于工作頻率較低，若回路Q值過高，頻帶可能太窄而不能通過全部信號分量，故希望他在要求的通頻帶條件下選擇性越高越好，也就是要求諧振曲線接近矩形。鑒頻器的任務是從調頻信號中檢出調制信號，它包括變換部分及振幅檢波器部分。如圖8所示，即為中放和鑒頻的電路圖：圖8 中

19、放及鑒頻電路圖中C1是高頻濾波電容，R及C是減重網路，它用來提高抗干擾性。其作用原理是：在發(fā)射機中用加重網絡加重高音，接收時用減重網絡削弱高音，于是不存在高音頻率失真。這樣一來，減重網路把高音端的干擾削弱了，故接收機的信噪比得以提高；或者說，減重網絡壓縮了通頻帶，減小了噪聲。圖中電容C上的輸出電壓在高音時因C的電抗減小而下降。圖9即為中放前和鑒頻后的包絡：圖9 中放及鑒頻仿真波形3.6、低頻放大電路從鑒頻器輸出的信號一般很小，所以在輸出極一般采用低頻功率放大電路，如果是音頻信號，可以外加一個喇叭。低頻放大電路如圖10所示：圖10 低頻放大電路R1=56千歐、R2=15千歐，分別為Q1的偏置電阻

20、，C1、C2起隔直耦合作用，C3為旁路電容，直流電壓源為15V,負載R6上輸出經低頻放大后的原始信號，由模擬波形可看出放大倍數為100倍。如圖11所示：圖11低頻放大輸入輸出波形第4章 性能特點1、 容易得到足夠大而且比較穩(wěn)定的放大量。2、 具有較高的選擇性和較好的頻率特性。這是因為中頻頻率fi是固定的，所以中頻放大器的負載可以采用比較復雜、但性能較好的有源或無源網絡，也可以采用固體濾波器，如陶瓷濾波器、聲表面波濾波器等。3、 容易調整。除了混頻器之前的天線回路和高頻放大器的調諧回路需要與本地振蕩器的諧振回路統(tǒng)一調諧之外，中頻放大器的負載回路或濾波器是固定的，在接收不同頻率的輸入信號時不需再調整。超外差接收機的主要缺點是電路比較復雜，同時也存在著一些特殊的干擾，如像頻干擾、組合頻率干擾和中頻干擾等(見混頻器)。例如，當接收頻率為fc的信號時,如果有一個頻率為f=f1+fi的信號也加到混頻器的輸入端，經混頻后也能產生|f1-f|=fi的中頻信號,形成對原來的接收信號fc的干擾，這就是像頻干擾。解決這個問題的辦法是提高高頻放大器的選擇性，盡量把由天線接收到的像頻干擾信號濾掉。結束語在本次課程設計過程當中，由于調頻接收機的的理論知識已經在相關課程當中學習掌握，所以很快開始了設